自然環境條件影響下的西北城市綠地生境營造途徑

劉 暉，李莉華，徐鼎黃

（西安建筑科技大學建筑學院，陜西 西安 710055）

西北地區城市分布密度雖然較低，但區域中心城市的人口、建設規模，已經達到大中城市的發展程度．隨著“一帶一路”國家戰略實施，其發展速度不斷加快．西部是國家生態安全的關鍵區域，城市生態化建設極具緊迫性，而健康優美的城市環境，更是西北城市人居生活的切實需求．城市生態環境主要表現在城市綠地系統規劃建設，國家城市綠地系統規劃的規范，保障了城市綠地系統的面積指標等基本功能需要，而圍繞地域特點的生態建設，缺少理論方法和實踐導向，使得西北城市綠地建設趨于模仿、形象和美化的符號，生態功能被忽視，導致城市化與城市生態環境之間的矛盾非常突出，使得干旱半干旱地區生態城市建設缺少實質性內涵．協調地區城市化與城市生態環境的關系，推動干旱半干旱地區城市健康發展的研究正日益為國內學者關注[1-2]．

西部地區脆弱的自然環境條件，一般被認為是城市生態化建設的桎梏．但地區大中城市的建設選址往往是區域環境中生態本底最好的地方，近水、溫潤、土壤肥沃、草木豐盛，確保農業生產，城市環境生物多樣性也是區域中最豐富的地方．近年來，城市化建設的擴張不斷侵擾原有自然本底，破壞區域生態敏感地區．以區域生態規劃為基礎背景，在城市建成環境中營造人工干預下的生態系統，進行生境條件恢復和創造的生態建設方式，是西北整體生態建設發展的關鍵，也是西北地域風景園林建設理論與實踐的重要內容．本研究需要理清西北自然環境特點，以及城市化建設所處的生態本底條件，梳理城市綠地建設的主要問題，進而尋找西北城市綠地生態建設的途徑．

1 西北地區自然環境特點及制約條件

1.1 西北干濕區的劃分及其季節性特征

（1）全年平均干濕區劃分

西北地區行政界域包括新疆、青海、甘肅、陜西和寧夏在內的五個省和自治區．根據年均降水量與年參考作物蒸散之比得出的濕潤指數［3］，西北五省自治區涉及極干旱、干旱、半干旱和半濕潤4個干濕區，其中大部分地區處于干旱和半干旱區，溫潤指數介于 0.2～1.0之間，即參考作物蒸散量是降雨量的5倍到1倍（見圖1）．

（2）季節性干濕區劃分

西北地區降水量時空變化較大，季節性的干濕變化特征更能夠直接影響城市綠地建設．一般來說，四季的干與濕是由干濕頻率決定的，而每一季的干濕頻率則是由季內各月的干濕頻率相加平均求得［4］．一年中 3～5月、7～8月、9～10月、1～2月分別作為春夏秋冬四季（6月和11月份是春季到夏季、秋季到冬季之間的過渡月，不列入統計），根據干濕頻率的統計和計算，可以發現西北地區不同季節中干濕區的變化較大（見圖2．）

（3）干濕區劃分下的典型城市選取

根據西北地區干濕氣候區化及季節性變化特征等綜合因素，研究選取西安、蘭州和烏魯木齊作為干旱、半干旱的典型干濕區代表城市，其季節性干濕特征表現為干季居多，占到三個城市四個季節的2/3，而其他1/3季節表現為濕季和干濕過渡季的特點（見表1）．西安地區一年四季的干濕變化豐富，秋季表現為濕季，夏季為過渡季，春冬季為干季，具有一定的代表性特點．

圖1 西北地區范圍與干濕氣候區劃Fig.1RegionofnorthwestChinaanddry-wetclimateZoning

圖2 我國四季干濕區域分布圖Fig.2 Dry-wet area distribution in four seasons of China

表1 西北3個典型城市的干濕特征Tab.1 Dry-wet characteristics of 3 representative cities Northwest

1.2 西北地區降雨特征

雖然降雨屬于干濕區劃分的主要依據，但季節性降雨量的數據研究，也是城市建設中作為雨水利用和防澇、防止面源污染的重要依據．

西北地區城市降雨多集中于春、夏、秋三季，且時空分布極度不均勻．西安城市的年降水量為537.5～1 028.4 mm，其中夏季降水最多，大約占年降水量的40%；其次為秋季，占年降水量的34%；春季約占年降水量的23%；冬季最少，只占3%．蘭州市年降水量約 327 mm，主要集中在春夏兩季，主要是6到9月．烏魯木齊市的降雨過程多發生在春季、夏季，年降雨量平均為231 mm．由此可見西北地區城市氣候環境大多具有季節性特征，表現為冬季干燥嚴寒，夏季高溫，全年降雨集中在夏季前后，瞬時降雨量大且集中（見圖3）．

圖3 西北3個典型城市降雨量年變化與月變化特征Fig.3 Yearly and monthly rainfall features of 3 typical northwest cities in China

1.3 西北地區自然景觀類型

根據我國自然地理區域劃分，西北五省及自治區行政轄區橫跨三個自然地理區域界，包含五個自然地理地區界，涉及 11個自然區［5］，也可以稱之為自然景觀類型（見表2）．

1.4 西北城市的生態本底條件

西北多座城市具有悠久的城市建設歷史．城市選址，受中國傳統地景文化思想的影響，往往占據了區域內生態本底條件良好的形勝之地．以下以西安、蘭州和烏魯木齊3座城市為例．

西安選址乃“八水繞長安”之地，有 3100多年建城歷史，戰國時期被稱為“山林川谷美、天材之利多”[6]．城市北臨渭河和黃土高原，南靠秦嶺，地處風積黃土堆積覆蓋和渭河沖積共同作用下形成的渭河平原，也稱關中盆地，平原海拔400～700 m．市域內河網密集，徑流時空分布不均勻，豐水年與枯水年徑流量相差 4～7倍．西安市域的平原地區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年日照時數1 646～2 115 h，主導風向區為東北風．土壤類型復雜多樣，北部渭河平原多為黃褐土、褐土，南部的秦嶺山地多為黃棕壤、棕壤．多樣化土壤為豐富的植物種類生長提供條件．自然植被中野生植物資源豐富，秦嶺被稱為中國重要的種子植物“基因庫”之一．

蘭州市位于黃土高原西部，黃河上游，2 200多年的建設歷史．海拔1 500～2 000 m，地貌以黃土覆蓋的丘陵和盆地為主，日照豐富，晝夜溫差大，年日照時數約2 600 h．城市選址主要位于河谷川臺盆地，狹長的盆地形態形成特殊的盆地氣候．城市地下水資源匱乏，但緊臨黃河，湟水河、大通河穿過城市，入流量達337億m3．河谷階地廣布灌淤土，土壤肥沃．自然植被中次生林覆蓋 5%，相比之下草地資源豐富，天然草場類型多樣［7］．

烏魯木齊市位于中國西北、新疆中部、亞歐大陸腹地，地處北天山北麓、準噶爾盆地南緣．始建于三國時期，距今約1 800年．市區三面環山，北部平原開闊．海拔 580～920 m，自然坡度12‰～15‰．烏魯木齊是世界上離海洋最遠的城市，屬中溫帶大陸性干旱氣候．烏魯木齊的水源以冰川融水、地表徑流和地下徑流等不同形態存在，降水是水資源的補給來源，降水的變化直接影響水資源的變化．2012年，水資源總量為9.969億m3，其中地表水資源量9.198億m3．烏魯木齊地表水水質較好，河流均系內陸河，水位季節變化大，散失于綠洲或平原水庫中．這里自然環境比較復雜，有著豐富的野生植物資源．野生食用植物有 40余種，野生油料植物有50余種；野生飼用植物約有29科140多屬240余種，野生蜜源植物約有100多種；農作物野生近緣種植物約有 60多種；野生藥用植物資源約有390余種，野生工業用植物約有100余種．

從這三個城市的水文、土壤和局地氣候等自然條件情況可以說明，這三座城市處于區域環境中生態條件較好的地段，而良好的生態基質本底是生態恢復的基本條件，是通過人工干預營建恢復城市生境的方法良好的潛力與背景．

表2 西北自然景觀類型與大中城市分布Tab.2 The northwest natural landscape types and distribution of large and medium-scale cities

2 西北地區城市化發展與城市綠地建設

近 20年來，西北地區大中城市的城市化發展迅猛，由于經濟發展水平相對周邊中小城市要高，城市基礎設施包括園林綠化建設投入量大，注重生態城市的形象，同時對周邊地區具有較強的引領和示范作用．城市化建設初期的快速發展，以及受發達地區的建設模式影響，西北城市綠地建設往往缺少地域性特征．

2.1 城市綠地建設現狀問題

西北脆弱生態環境條件對城市化建設發展帶來壓力和約束，同時人類的聚居活動和建設也帶來在城市的局部地段改善生境條件的可能性[8]．西北干旱區水資源缺乏，季節性變化較大，生態基質本底條件在區域中具有優勢．

以上述三個典型西北大城市為代表，城市建設綠地率達到 30%以上，烏魯木齊 2014年達到35.4%．然而，通過調查研究，西北城市綠地規劃和建設存在以下三個方面的問題．

(1) 城市綠化受自然條件影響較大，照搬東部城市建設模式，缺少地域特征．由于自然氣候條件的影響，西北地區植物景觀的“蕭條景象”季節持續時間長，植物成景時間長．而照搬和模仿東部和南方城市綠化建設模式，追求“三季有花、四季常綠”和整齊、速生的植物景觀效果，造成建設和管護費用高，地域特色缺失；為了快速成景，大樹移植成風，但成活率平均只有55%，也破壞了更為廣泛區域內的生態環境；“干凈整齊”帶來綠化樹種越來越單一．以西安為例，20世紀60年代建國初期，公園設計及街道綠化樹種300余種，目前減少到少于100種，城市綠地常見與種植設計常用種類減到了70多種，且本土種類減少，多樣性降低．

(2) 城市綠化用地內生境條件較差．季節性干旱帶來場地的水文和土壤條件不利于植物的健康成長．例如，河道堤壩阻隔后的濱河綠帶、鹽堿地土壤改良、城市中水再利用、節約型灌溉技術、季節性雨洪管理等方面，缺少適宜的營建和管理途徑，植物群落的自然生長勢呈弱化傾向，維護成本高昂，與地方經濟發展條件不符．

(3) 西北地區公眾對生態環境需求更為強烈．越是缺少，越是珍惜．隨著城市化發展和生活方式的改變，人們戶外活動的質量需求不斷提高，對城市綠色環境的“美化”和生態效能改善的認識逐步提高，迫切需要具有良好生態環境的場所．

2.2 西北地區大中城市綠地空間生態設計方法缺失，特別是群落種植與場地空間設計建造之間的相互關系，以及設計如何適應群落形態的演變過程

目前，國內外在城市生態環境規劃設計理論以及探索西北地區城市綠地空間生態設計方法的已有研究成果主要在以下幾個方面．

(1) 城市宏觀層面的生態規劃的研究．以景觀生態學為理論基礎，建立城鄉一體的生態基礎設施為先導，進行城市綠地系統規劃和建設，并在認識上強調生態基礎設施和城市綠地系統不完全重合．明確了城市綠地及開敞空間規劃自成體系，與城市建設實體構成共軛關系，成為城市化過程中改變發展條件、引導需求的重要手段[9]．

(2) 城市中觀到微觀尺度生態規劃與設計的研究．自20世紀90年代來以來，開始探討生態園林設計的方法．一方面是群落生態設計的理論方法與實踐研究，涉及到“生境與最適宜的生物物種”、“個體生態量與群落生態效應”及“群落食物鏈設計”等設計理念[7]．另一方面，研究植物群落與場地的空間設計相關聯的“棲息地設計”，以劃分自然環境中場地生境類型的方法，再針對各生境類型，提出人為的保障性和防護性設施設計和技術措施的應用研究．而在場地空間規劃設計影響群落生境條件與種植設計之間，缺少對相關聯的科學與工程原理和設計方法的研究．

(3) 目前對生境與城市生態環境關系的已有研究，角度注重城市化建設帶來的生境干擾，以及對已有生境環境的評價和保護策略方面的研究，但認識到城市人工生境營造的作用[10-12]．在生態修復設計研究方面，更多是針對自然環境中的特殊物種保護、棕地修復的研究．而能否、如何在城市內部人工生境建設的設計方法，需要注重相關研究成果的運用與工程技術實踐相結合的方法探討．另外，生態環境是不斷演替變化的過程，隨時間和影響因子的變化而不斷動態變化的過程．生物群落（包含動植物及微生物群落）的棲息演替，具有內在整體性和時間上的生長連續性，因而，設計亦是連續性過程[13]．

(4) 需要面對西北地區自然條件與生態特點，探索適應的城市生態環境建設理論與方法，尤其是城市綠地空間場地尺度的生態設計，以及連續性設計與營建過程的方法．這是西北地區城市實施生態環境建設的根本途徑．

2.3 基于西北地區城市生態環境建設的目標和內涵，迫切需要適宜的生態設計理論，以及相應的科學實驗的論證.

(1) 我國氣候環境的特點，決定了多樣的自然生境條件及其生物群落的典型特征，今天快速城市化建設是對原有土地生態系統的侵擾，依托城市綠地空間格局的各類生境場地營建，以及控制維護動植物群落的持續性設計，形成人工干預下新的生態過程，是城市生態建設的關鍵措施．

(2) 西北地區的城鄉人居環境建設發展，除了社會經濟水平和歷史文化的特殊背景外，自然環境條件帶來的生存壓力，是探討各種尺度下土地空間規劃建設的重要前提．快速城市化進程，是交織著復雜性與矛盾性的生態安全建設過程，是艱難地在生態恢復與生態惡化間走鋼絲繩的過程，是在自然生態退化與人類需求增長的矛盾兩難境地中抉擇的過程[14-16]．城市人居生態環境建設，不僅需要區域景觀生態安全格局的規劃體系，還需要模擬、設計和調控系統內部的生態關系，提出改善、優化對策，進而通過改善和優化的設計思路和方法，營建過程和持續的改善，加強城市綠地的生態服務功能[3]．探索應對現階段城市化建設中人與自然協調發展所需要的學科理論基礎．

(3) 西北地區城市，在區域景觀生態格局的背景下，尤為迫切需要探索城市化建設中綠地空間所涉及的場地尺度的生態設計方法．城市綠地生境營造，是在設計過程和方法中尋找場地空間設計與群落種植和建造之間相互關系，以及創造、優化的可能途徑．在場地環境條件下，設計如何為生物群落棲息創造適生生境條件，控制其演替發展成為關鍵性思路．通過對場地生境條件的模擬、分析、預判，場地布局組織和植物群落式種植，以及連續性設計適應群落形態的演變過程．這是提出綠地空間生態設計理論與生境營造方法的背景，仍需要大量科學實驗驗證以及持續的實踐研究．

3 西北城市綠地生境營造途徑

3.1 生境營造理念與意義

(1) “生境營造”主要指群落生態系統與場地設計相結合，通過設計營建途徑來改善適宜生物群落自然演替生境條件的生態設計理論與方法．目的是用適生生物群落棲息地構成多樣化城市綠地空間，形成西北地區城市新的生態過程，提高城市人居生態環境質量[17-18]．

(2) 西北地區城市綠地的生境營造，是在地區日照、降雨、溫度等自然條件基礎上，依賴地形、人工水系、建筑、道路鋪地及基礎設施等在場地的空間布局與組織，營建優于自然生境條件的過程，生境營造受城市中不同類型綠地空間的生境條件的影響．依據建筑環境中場地生境條件形成的主次關系，以及綠地在設計和建設中可以人為干預和控制的生物生境因子，劃分場地生境條件．以“主導影響因子”——日照條件，確定陽生與陰生2種場地生境大類，與場地設計中“次要影響因子”——水文條件結合，形成陽生濕地、陽生旱地、陰生濕地、陰生旱地4種基本的場地生境類型．作為改善、優化、恢復的背景生境，為種植和自生植物提供基本條件，為創造多樣的群落生境條件的依據，作為模擬城市綠地人工植物群落的演替起始．由“人工干預、自然形成”城市空間中的物種群落棲息場所，并與城市綠地空間中人的活動需求相協調．

3.2 生境營造的基本方法

(1) 依據日照條件進行生境分區．利用西北半干濕地區日照條件，在場地尺度改善局部蒸發量與溫濕度條件；利用建筑陰影、植物陰影，創造局部的陰濕環境，營造保水節水型生境條件．

(2) 建構季節性水鏈．應對西北半干濕地區季節性降雨量、降雨頻率的變化與營造差異，營造調蓄雨洪，削峰錯峰，快排快滲；從分利用各類旱季人工水源及雨水回用，改善場地的土壤水文條件．

(3) 滲透與匯集．應對雨季的快速滲透，包括土壤介質、鋪裝面層設計、構造工藝布局形態及設計等要素；應對旱季匯集雨水與土壤儲蓄雨水．

(4) 群落生態種植設計結合鄉土植物引種實驗．借助已有對城市鄉土園林植物、自然野生植物群落和種類的調查和引種實驗、實踐的研究成果，形成生境適應群落，實驗引種耐澇耐旱的低維護鄉土植物群落，應對一季有雨三季干旱的氣候特點．

(5) 創造群落演替與生物棲息條件．通過植物群落營造鳥類、昆蟲棲息地，創造、修復、完善生物鏈與營養結構，人工干預方式促進生境條件多樣化與植物群落自生演替．

4 結語

人工干預下完整持續的城市化生態過程，是西北地區國土生態安全的重要保障，是營造良好城市生活環境的現實需要．城市綠地生境營造途徑，是基于場地尺度下的生態設計方法，以優化創造場地生境條件，營造多種生境條件，進行群落種植設計，以及對建植與演替過程進行連續性設計．生境營造的途徑同時滿足城市生活對游憩與審美需求的整體目標．生境營造也是“海綿城市”建設應對西北地區本土問題的解決途徑．場地的生境營造，形成城市環境中規劃設計與建造的最小尺度的生境斑塊與點．而當“點”與“斑塊”數量、形態及相互關系形成合理的分布格局，即能夠形成城市內部乃至周邊區域的格局，城市的生態系統更加健康和安全．進而對西北城市生態建設，以及“一帶一路”的發展起到積極的促進作用．

References

[1] PETER H V，WELMOED S，VELDKAMP A，et al.Modeling the Spatial dynamics of regional land use: the clues model[J]. Environmental Management, 2002 ,30(3):391-405.

[2] 王愛輝. 干旱區綠洲型生態城市建設能力評價[J]. 干旱區資源與環境，2011, 25(5):19-24.WANG Aihui. The mechanism and assessment of ecocity construction in oasis city[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2011, 25(5):19-24.

[3] 張方敏，申雙和.中國干濕狀況和干濕氣候界限變化研究[J].南京氣象學院學報，2008,31(4):574-579.ZHANG Fang-min, SHEN Shuan-ghe. A Study on Dry/Wet Conditions and Changes of Dry/Wet Climate Boundary in China[J]. Journal of Nanjing Institute of Meteorology, 2008,31(4):574-579.

[4] 錢紀良，林之光.關于中國干濕氣候區劃的初步研究[J].地理學報,1965, 31(1):1-14.QJ Liang, LZ Kuan, A Preliminary Study on the Dry and Wet Climatic regionalization of China[J]. Acta Geographica Sinica, 1965, 31(1):1-14.

[5] 中國科學院《中國自然地理》編輯委員會, 中國自然地理[M]. 北京:科學出版社,1985."Chinese Physical Geography" Editorial board, Chinese Academy of Sciences, China's Physical Geography[M].Beijing: Science press, 1985.

[6] 佟裕哲，劉暉. 中國地景文化史綱圖說[M].中國建筑工業出版社, 2013.TONG Yuzhe, LIU Hui. An Illustraed Outline History of Chinese Landscape Culture[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2013.

[7] 張小娟. 蘭州城市綠地系統規劃初探[D]. 西安：西安建筑科技大學，2008.ZHANG Xiaojuan, First exploration for urban green space system planning of Lanzhou City[D]. Xi’an: Xi’an University of Architecture &Techonology, 2008.

[8] 李暉，王興宇，范宇，等. 基于整體系統觀念的人居環境綠地系統體系構建[J]. 城市發展研究，2009,16(12):10-14.LI Hui, WANG XingYu, FAN Yu. Construct Human Settlement Green System Base on the Holisttc Concept[J].Urban Development Studies, 2009,16(12):10-14.

[9] 俞孔堅，王思思，喬青. 基于生態基礎設施的北京市綠地系統規劃策略[J].北京規劃建設, 2010(3):54-58 YU Kongjian, WANG Sisi, QIAO Qing. Beijing urban green space system planning stratedgy based on ecological infrastructure[J]. Beijing Planning Review. 2010(3):54-58.

[10] 王云才，韓麗瑩，王春平 編著. 群落生態設計[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2009.WANG Yuncai, HAN Liying, WANG Chunping. Ecological Community Planning & design [M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2009.

[11]吳宇華. 城市規劃的生境方法[J]. 規劃師，2007,23(2):78-80.Wu Yuhua. The Habitat Method of Urban Planning [J].Planners, 2007,23(2):78-80.

[12] 王獻浦，李文程. 城市生境的維護與營造 [J]. 現代城市研究，2004(11):46-52.WANG Xianpu, LI Wencheng. The Goal of Modern Urban Construction, Coexist of Nature and Modernization[J].Modern Urban Research, 2004(11):46-52.

[13] 韓晶，張宇星. 城市流線空間連續性設計的方法[J].規劃師，2004(9):90-94.Han jing, Zhang Yuxing. Method for Urban Streamline Spatial Continuity Design[J] Planners, 2004(9):90-94.

[14] 劉濱誼，王南. 應對氣候變化的中國西部干旱地區新型人居環境建設研究[J].中國園林，2010, 26(8):8-12.LIU Bin-yi, WANG Nan. New Type of Human Settlements Construction Research of Arid Area in West China Responding to Climate Change[J]. Chinese Landscape Architecture, 2010, 26(8):8-12.

[15] 方創琳，徐建華. 西北干旱區生態重建與人地系統優化的宏觀背景及理論基礎[J].地理科學進展，2001，20(1):21-28.FANG Chuang-lin, XU Jian-hua. Macroscopic Backgroundand Theoretical Basison Ecological Reconstruction and Man-land System Intergration?in Northwest Arid Area of China[J]. Progress in Geography.2001,20(1):21-28.

[16] 劉暉，董蘆笛. 脆弱生態環境壓力與人居建設疏解途徑基于風景園林學學科的思考[J]. 中國園林，2011, 27(6):7-11 LIU Hui, Dong Lu-di, The Mitigation Solutions of Human Setlement Construction to the Pressure by the Fragile Ecological Environment: Thinking Based on the Landscape Architecture Discipline[J]. Chinese Landscape Architecture, 2011, 27 (6):7-11.

[17] 劉暉, 董蘆笛, 劉洪莉. 生態環境營造與景觀設計[J]．城市建筑．2007(5):11-13.LIU Hui, Dong Ludi, LIU Hongli. Ecological Environment Creation and Landscape Design[J]. Urbanism and Architecture. 2007(5):11-13.